intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Bài giảng Thông tin di động: Phần 1 - ThS. Phạm Văn Ngọc

Chia sẻ: Photocopy Xứ Lạng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:94

Thêm vào BST
Báo xấu
122
lượt xem 19
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Thông tin di động: Phần 1 - ThS. Phạm Văn Ngọc cung cấp cho các bạn về những kiến thức: Những đặc thù của thông tin động, lịch sử phát triển của thông tin động, một số hệ thống thông tin động trên thế giới, xu hướng phát triển của thông tin di dộng,... Để hiểu rõ hơn nội dung bài giảng mời các bạn cùng tham khảo tài liệu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Thông tin di động: Phần 1 - ThS. Phạm Văn Ngọc

  1. Bộ môn Công nghệ viễn thông Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT Nói đến thông tin di động là nói đến việc liên lạc thông qua sóng điện từ bắt đầu từ năm 1897 Gugliemo Marconi đã thực hiện liên lạc từ đất liền với những con tàu trên biển bằng sóng điện từ. Đến năm 1980 thông tin di động mới thực sự phát triển trên thế giới. Để hiểu được ta làm phép tính: Mỗi cuộc liên lạc giữa hai người cần một đường truyền độc lập, giả sử mỗi kênh có dải thông 3kHz (trên thực tế lớn hơn) thì dải tần vô tuyến từ 0 – 3GHz chỉ cho phép truyền 3.109/3.103 = 106 cuộc liên lạc cùng một lúc. Để phục vụ hàng chục triệu người có thể cùng sử dụng máy di động cùng một lúc, đấy chưa kể dải tần này còn dành cho rất nhiều công việc khác như phát thanh, truyền hình, thông tin hàng không… Phương pháp duy nhất để giải quyết vấn đề tăng số lượng người sử dùng trên một dải tần vô tuyến hạn chế là: Một cuộc liên lạc di động này có thể sử dụng đúng dải tần của một cuộc liên lạc di động khác với điều kiện hai cuộc liên lạc phải ở khoảng cách đủ xa nhau để sóng vô tuyến truyền đến nhau nhỏ hơn sóng truyền giữa hai người dùng trong cuộc. Do đó để thích hợp cho việc quản lý người ta chia vùng phục vụ thành các phần nhỏ gọi là tế bào (Cellular). Khi đó hai cuộc liên lạc ở hai tế bào đủ xa nhau có thể sử dụng cùng một dải tần số sóng vô tuyến thông qua việc quản lý của một trạm trung tâm. Về lý thuyết kích thước tế bào là rất nhỏ khi đó có thể phục vụ vô số cuộc gọi cùng một lúc chỉ cần một dải tần hạn chế. Phương pháp này gọi là phương pháp sử dụng lại tần số. Tóm lại, những đặc thù của thông tin di động là: Phục vụ đa truy cập – gắn liền với thiết kế mạng tế bào, các hệ quả kéo theo liên quan đến vấn đề này là: Chuyển giao, chống nhiễu, quản lý di động, quản lý tài nguyên vô tuyến, bảo mật,… Những điều này khác rất nhiều với mạng vô tuyến cố định và luôn đỏi hỏi phát triển những công nghệ mới. Để có bức tranh toàn cảnh về sự phát triển của thông tin di động ta điểm lại một số mốc lịch sử khi phát triển thông tin di động trên thế giới. Ta có thể lựa chọn lịch sử phát triển thông tin di động của nước Mỹ làm điển hình: − Năm 1946: Dịch vụ điện thoại di động công cộng được giới thiệu lần đầu ở 25 thành phố. Mỗi hệ thống dùng bộ phát công suất lớn đặt trên ăng ten cao phủ sóng bán kính 50km. Kỹ thuật Push to talk (bán song công), độ rộng kênh truyền là 120kHz Bài giảng thông tin di động ThS. Phạm Văn Ngọc 4
  2. Bộ môn Công nghệ viễn thông Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT (mặc dù độ rộng băng tần của tiếng nói chỉ là 3kHz). Đây chưa phải là hệ thống tế bào, tần số chưa được sử dụng lại, số người được phục vụ rất ít. − Năm 1950: Độ rộng kênh được thu hẹp lại còn 60kHz, dẫn đến số kênh sử dụng tăng gấp đôi. − Năm 1960: Độ rộng kênh được thu hẹp chỉ còn 30kHz. − Từ năm 1950 – 1960: Xuất hiện trung kế tự động, dịch vụ IMTS, hiệu suất sử dụng phổ kém so với hệ thống tế bào ngày nay. − Trong khoảng 1950 – 1960: Lý thuyết mạng tế bào ra đời tuy nhiên công nghệ lúc đó chưa đáp ứng được. − Năm 1976: Ở New York chỉ có 12 kênh phục vụ 543 khách hàng, dịch vụ chất lượng kém hay bị bận − Năm 1981 hệ thống điện thoại di động Bắc Âu NMT450 trở thành hệ thống dịch vụ truyền thông di động tế bào đầu tiên ưở Châu Âu. Hệ thống này ra đời chủ yếu phát triển các máy điệu thoại trên xe hơi và xách tay. Là hệ thống kỹ thuật Analog, hoạt động trên băng tần 450MHz (453 – 457.5MHz từ MS – BTS và 463 – 467.5MHz từ BTS – MS) sử dụng đa truy cập FDMA, điều chế FSK, độ rộng băng tần là 25kHz do đó cho phép hỗ trợ 180 kênh − Năm 1986 hệ thống NMT900 Tây âu, hệ thống này hoạtđộng trên băng tần 900MHzhoặc 1800MHz (mở rộng) với kỹ thuật đa truy nhập TDMA. − Năm 1983: Ra đời dịch vụ thông tin di động cải tiến (AMPS) bởi công ty AT&T. Đánh dấu sự ra đời điện thoại di động tế bào thế hệ 1. FCC cấp độ rộng phổ là 40MHz trên phổ tần 800MHz, Năm 1989; FCC phân thêm 10MHz phổ cho hệ thống AMPS (824 – 849MHz từ MS → BTS và 869 – 894MHz từ BTS → MS) cho dịch vụ này mỗi kênh có độ rộng băng tần 30kHz, do đó hệ thống có 832 kênh đúp (kênh song công mỗi kênh độ rộng 2*30 = 60kHz). Trong 832 kênh có 40 kênh chỉ mang thông tin về hệ thống. Ở mỗi thành phố phân cho 2 nhà cung cấp dịch vụ. Hệ thống tế bào này hoạt động trong môi trường hạn chế giao thoa, sử dụng lại tần số, kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA, để cực đại số người dùng dải tần và tổ chức kênh của hệ thống AMPS như sau: Các kênh phát ngược MS → BTS Các kênh phát xuôi BTS → MS 990 991 … 1023 1 2 … 799 990 990 … 1023 1 2 … 799 824 – 849 MHz 869 – 894 MHz Số hiệu kênh ngược: 1 ≤ N ≤ 799 Tần số: 0.030N + 825.0 MHz 990 ≤ N ≤ 1023 0.030(N - 1023) + 825.0 MHz Số hiệu kênh xuôi: 1 ≤ N ≤ 799 0.030N + 870.0 MHz 990 ≤ N ≤ 1023 0.030(N – 1023) + 870.0 MHz Bài giảng thông tin di động ThS. Phạm Văn Ngọc 5
  3. Bộ môn Công nghệ viễn thông Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT − Năm 1991: Ra đời hệ thống tế bào số (USDC) theo chuẩn IS – 54, hỗ trợ 3 người sử dụng trên một kênh truyền 30kHz (sử dụng điều chế π / 4DQPSK ). Khi kỹ thuật nén tiếng nói và xử lý tín hiệu phát triển có thể tăng dung lượng lên 6 lần. (kết hợp với TDMA và tồn tại song song với AMPS trên cùng cơ sở hạ tầng) đánh dấu sự ra đời của thông tin di động thế hệ 2. − Cũng năm 1991: Hệ thống dựa trên kỹ thuật trải phổ được phát triển bởi Quancom theo chuẩn IS – 95 hỗ trợ nhiều người sử dụng trên một dải tần 1.25MHz, sử dụng kỹ thuật trải phổ trực tiếp (CDMA). Với AMPS yêu cầu SNR 18 dB thì CDMA yêu cầu thấp hơn và cho dung lượng cao hơn. Ngoài ra bộ mã hóa tiếng nói tốc độ thay đổi có thể phát hiện tiếng nói khi đàm thoại sẽ điều khiển bộ phát chí phát sóng khi nói sẽ làm giảm môi trường giao thoa và tiết kiệm pin. Hệ thống này đang được sử dụng rộng rãi tại các nước Bắc Mỹ, một số nước châu Á, đang cạnh tranh thị trường so với hệ thống GSM. − Năm 1991 hệ thống mạng thông tin di động thế hệ 2 ra đời ở Châu Âu với trên phổ tần 900MHz (890 – 915MHz uplink và 935 – 960MHz downlink) sử dụng kỹ thuật TDMA/FDMA − Vấn đề tích hợp các mạng trong một cơ sở hạ tầng cũng được đặt ra từ đầu những năm 1990. − Năm 1995: Chính phủ Mỹ đã cấp giấy phép trên dải tần 1800/2100MHz hứa hẹn sự phát triển mới cho dịch vụ thông tin cá nhân (PCS) − Năm 2000: tổ chức viễn thông quốc tế (ITU) đã thống nhất một số hướng và chuẩn phát triển cho thông tin di động đa dịch vụ thế hệ 3 theo chuẩn UMTS và CDMA2000. Hệ thống thông tin di động trên thế giới phân thành 3 loại chính như sau là: Hệ nhắn tin - điện thoại kéo dài - điện thoại tế bào trong đó: − Hệ nhắn tin: là loại hình thông tin di động bán song công người dùng chỉ nhận được bản tin nhắn một chiều với một thiết bị thu đơn giản như một chiếc radio và một mã số riêng. − Điện thoại kéo dài: là thiết bị cầm tay kết nối vô tuyến với một máy chủ đặt trong nhà, máy chủ được kết nối với mạng điện thoại công cộng (PSTN). Tầm vô tuyến kéo dài hẹp (
  4. Bộ môn Công nghệ viễn thông Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT − Điện thoại tế bào cho phép người sử dụng di động tốc độ nhanh, toàn bộ vùng dịch vụ được chia thành các tế bào kề nhau, người dùng nằm trong tế bào nào sẽ do trạm cơ sở của tế bào đó quản lý… − Ngoài việc phân loại trên thì trên thế giới tồn tại 3 hệ thống điện thoại với các chuẩn không tương thích nhau đó là Nhật bản, Bắc Mỹ và Châu Âu và các nước còn lại. Ngoài ra Các hệ thống thông tin di động vệ tinh cũng đang được các công ty Global Start, Iridium phát triển và khai thác với khả năng phục vụ trong vùng phủ sóng lớn hơn so với hệ thống di động mặt đất. Đây là những tồn tại lịch sử mà trong xu hướng phát triển của tương lai thế giới mong muốn một hệ thống thống nhất toàn cầu đa dịch vụ, phục vụ người dùng di chuyển khắp nơi chỉ với một thiết bị cầm tay.        
  5.                        AMPS Tế bào 1983 FDMA 824 – 894MHz FM 300KHz NAMPS Tế bào 1992 FDMA 824 – 894MHz FM 10KHz USDC Tế bào 1991 TDMA 824 – 894MHz π / 4 DQPSK 30KHz CDPD Tế bào 1993 FH / gói 824 – 894MHz GMSK 30KHz IS – 95 Tế bào 1993 CDMA 824 – 894MHz QMSK 12.5MHz /PCS 1.8 – 2.0 GHz / BPSK GSC Nhắn tin 1970 Đơn công Vài kênh FSK 12.5KHz POSAG Nhắn tin 1970 Đơn công Vài kênh FSK 12.5KHz FLEX Nhắn tin 1993 Đơn công Vài kênh 4 – FSK 15KHz DSC1900 PCS 1994 TDMA 1.85 – 1.99 GHz GMSK 200KHz (GSM) PACS Kéo dài 1994 TDMA/ 1.85 – 1.99 GHz π / 4 DQPSK 300KHz /PCS FDMA MIRS SMR.PCS 1994 TDMA Vài kênh 16QAM 25KHz        
  6.                        E-TACS Tế bào 1985 FDMA 900 MHz FM 25KHz NMT-450 Tế bào 1981 FDMA 457 – 470 MHz FM 25KHz NMT-900 Tế bào 1986 FDMA 890 - 960 MHz FM 12.5KHz GSM Tế bào / PCS 1990 TDMA 890 - 960 MHz GMSK 200KHz C-450 Tế bào 1985 FDMA 450 – 465 MHz FM 20/10KHz ERMES Nhắn tin 1993 FDMA Vài kênh 4 - FSK 25KHz CT2 Kéo dài 1989 FDMA 864 – 868 MHz GFSK 100KHz DECT Kéo dài 1993 TDMA 1.88 – 1.9 GHz GFSK 1.728KHz DCS-1800 Kéo dài /PCS 1993 TDMA 1.71 – 1.88 GHz GMSK 200KHz Bài giảng thông tin di động ThS. Phạm Văn Ngọc 7
  7. Bộ môn Công nghệ viễn thông Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT Chuẩn Loại Bắt đầu Truy cập Băng tần Điều chế Kênh JATC Tế bào 1988 FDMA 860 – 925 MHz FM 25kHz PDC Tế bào 1993 TDMA 810 – 1501 MHz π / 4DQPSK 25kHz NTT Tế bào 1979 FDMA 400/800 MHz FM 25kHz NTACS Tế bào 1993 FDMA 843 – 925 MHz FM 12.5kHz NTT Nhắn tin 1979 FDMA 280 MHz FSK 12.5kHz NEC Nhắn tin 1979 FDMA Vài kênh FSK 10kHz PHS Kéo dài 1993 TDMA 1895 – 1907 MHz π / 4DQPSK 300kHz Hiện nay thông tin di động đang trong giai đoạn phát triển như vũ bão, đáp ứng nhu cầu không ngừng tăng của khách hàng cả về dung lượng, chất lượng và loại hình dịch vụ chia làm các giai đoạn phát triển sau: − Từ năm 1989 đã có những nghiên cứu rộng lớn trên thế giới nhằm phát triển hệ thống vô tuyến cá nhân: Kết hợp sự thông minh của mạng PSTN, xử lý tín hiệu số hiện đại và công nghệ vô tuyến (RF). − Xu hướng phát triển mạng vô tuyến trong nhà (indoor) cho phép người dùng kết nối máy tính văn phòng trong các tòa nhà lớn (tần số 1.8GHz) (Inbuilding) − Xu hướng chuẩn hoá IMT – 2000, được quyết định bởi ITU xây dựng chuẩn và quy hoạch tần số trên toàn thế giới. − Xu hướng phát triển hệ viễn thông vệ tinh LEO, cùng với sự phát triển công nghệ vũ trụ, hệ thông tin vệ tinh phối hợp với hệ di động mặt đất tạo nên kết nối toàn cầu thích hợp với mọi loại địa hình và loại thông tin. − Hiện nay các quốc gia phát triển sau lại có cơ hội đi nhanh vào các ứng dụng tiên tiến nhất và lựa chọn các mô hình thích hợp với sự phát triển của tương lai. - Các dịch vụ mạng mới và cải thiện các dịch vụ liên quan đến truyền số liệu như nén số liệu của người sử dụng, số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCDS: High Speed Circuit Swiched Data), dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS: General Packet Radio Sevice) và số liệu 14,4 kbit/s. - Các công việc liên quan đến dịch vụ thoại như: Codec tiếng toàn tốc cải tiến (EFC: Enhanced Full Rate Codec), Codec đa tốc độ thích ứng và khai thác tự do đầu cuối các Codec tiếng. - Các dịch vụ bổ sung như: Chuyển hướng cuộc gọi, hiển thị tên chủ gọi, chuyển giao cuộc gọi và các dịch vụ chặn cuộc gọi. Bài giảng thông tin di động ThS. Phạm Văn Ngọc 8
  8. Bộ môn Công nghệ viễn thông Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT - Cải thiện liên quan đến dịch vụ bản tin ngắn (SMS: Short Message Service) như: móc nối các SMS, mở rộng bảng chữ cái, mở rộng tương tác giữa các SMS. - Các công việc liên quan đến tính cước như: Các dịch vụ trả tiền trước, tính cước nóng và hỗ trợ cho ưu tiên vùng gia đình. - Tăng cường công nghệ SIM. Như dung lượng SIM 64k, 128k và tích hợp các dịch vụ trên SIM như Bankplus, Daily express, Daily SMS, I - Muzik, Mobile Internet - Dịch vụ mạng thông minh: CAMEL. - Các cải thiện chung như: Chuyển mạng, các dịch vụ địng vị, tương tác với các hệ thống thông tin di động vệ tinh và hỗ trợ định tuyến tối ưu. Thông tin di động thế hệ ba sẽ phải là thế hệ thông tin di động cho các dịch vụ di động truyền thông cá nhân đa phương tiện. Hộp thư thoại sẽ được thay thế bằng bưu thiếp điện tử được lồng ghép với hình ảnh và các cuộc thoại thông thường trước đây sẽ được bổ sung các hình ảnh để trở thành thoại có hình… Dưới đây là một số yêu cầu chung đối với hệ thống thông tin di động thứ ba này: - Mạng phải là băng thông rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện. Nghĩa là mạng phải đảm bảo được tốc độ bit của người sử dụng đến 2Mbit/s. - Mạng phải có khả năng cung cấp độ rộng băng tần (dung lượng) theo yêu cầu. Điều này xuất phát từ việc thay đổi tốc độ bit của các dịch vụ khác nhau. Ngoài ra cần đảm bảo đường truyền vô tuyến không đối xứng như ở đường xuống tốc độ bit cao hơn và đường lên tốc độ thấp hơn hoặc ngược lại. - Mạng phải cung cấp thời gian truyền dẫn theo yêu cầu. Nghĩa là đảm bảo các kết nối chuyển mạch cho thoại, các dịch vụ video và các khả năng số liệu gói cho các dịch vụ số liệu. - Chất lượng dịch vụ phải không thua kém chất lượng dịch vụ mạng cố định, nhất là đối với thoại. - Mạng phải có khả năng sử dụng toàn cầu, nghĩa là bao gồm cả dịch vụ thông tin vệ tinh. Băng tần cho IMT-2000 đã được quy định tại hội nghị quản lý vô tuyến thế giới – 92 (WARC-92) vào năm 1992. Một dải phổ 230MHz trong băng tần 2GHz (1885 – 2025 MHz, 2110 – 2200 MHz) đã được phân chia cho IMT-2000. Tuy nhiên sự bùng nổ nhu cầu đối với thông tin di động và các xu hướng đa phương tiện trong thông tin di động khiến cho ITU-R dự đoán vào giữa năm 1999 và 2000 rằng băng tần IMT- 2000 sẽ trở nên không đủ trong tương lai gần. Đặc biệt, ITU-R dự báo số thuê bao IMT-2000 sẽ đạt con số 200 triệu thuê bao trên toàn thế giới vào năm 2010, đồng thời ITU-R cũng nhận thấy cần phải đảm bảo một băng tần chung toàn cầu để đạt được giá thành thấp hơn nhờ việc sử dụng chung các thiết bị đầu cuối IMT-2000 trên phạm vi Bài giảng thông tin di động ThS. Phạm Văn Ngọc 9
  9. Bộ môn Công nghệ viễn thông Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT toàn cầu và phát triển các chỉ tiêu kĩ thuật chung cho các thiết bị đầu cuối. ITU-R ước tính rằng vào năm 2010 sẽ thiếu băng thông khoảng 160MHz cho các hệ thống thông tin mặt đất và 2x67 MHz cho các hệ thống thông tin vệ tinh trên thế giới. Để đáp ứng dự báo này, hội nghị thông tin vô tuyến thế giới 2000 (WRC-2000) đã đề xuất dành các băng tần 800 MHz (806 – 960 MHz), 1,7GHz (1710 – 1885 MHz) và 2,5 GHz (2500 – 2690 MHz) để sử dụng cho IMT-2000 trên thế giới trong tương lai, còn việc phân chia thích hợp các tần số trong các băng tần này bởi mỗi quốc gia sẽ theo nhu cầu trong nước và các ứng dụng thương mại khác. MS: Ứng dụng di động vệ tinh DECT: Hệ thống viễn thông không dây kỹ thuật số FDD: Song công phân chia tần số TDD: Song công phân chia thời gian Các tiêu chuẩn di động băng rộng mới được xây đựng trên cơ sở CDMA hoặc CDMA kết hợp với TDMA. Bài giảng thông tin di động ThS. Phạm Văn Ngọc 10
  10. Bộ môn Công nghệ viễn thông Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT Phương pháp sử dụng lại tần số dẫn đến vùng dịch vụ được chia thành các miền nhỏ kề nhau gọi là các tế bào. Mỗi tế bào có một ăng ten trung tâm với công suất phù hợp để quản lý các di động trong tế bào mà không gây nhiễu sang các tế bào khác. Việc phân chia này phải thỏa mãn 2 yêu cầu: − Diện tích các tế bào phải phủ kín vùng dịch vụ, vùng chồng lấn giữa hai tế bào kề nhau phải cực tiểu − Hai tế bào sử dụng cùng dải tần ở khoảng cách đủ xa nhau. Để đơn giản ta coi địa hình là bằng phẳng lý tưởng, mỗi tế bào như một đa giác đều. Nếu đa giác này phủ kín mặt phẳng thì công thức sau đây được thỏa mãn l 4 (n – 2).1800. = 3600 từ đây l= 2 + (2 – 1) n n−2 Ở đây n là số cạnh đa giác, l là số đa giác có chung một đỉnh để phủ kín một góc 0 360 , Do l, n đều là các số nguyên nên (n – 2) phải là ước của 4 do đó n chỉ có thể nhận các giá trị 3, 4, 6 tức đa giác đều phải là tam giác, tứ giác hoặc lục giác đều. Hình 2 – 1. Mô hình vùng chồng lấn giữa 2 tế bảo Bài giảng thông tin di động ThS. Phạm Văn Ngọc 11
  11. Bộ môn Công nghệ viễn thông Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT  Khi sử dụng ăng ten phát tròn đặt tại tâm các đa giác này. Với tế bào lục giác thì các hình tròn ngoại tiếp của 2 đa giác kề nhau có diện tích chồng lấn lên nhau nhỏ nhất, do vậy mô hình tế bào lục giác được lựa chọn trên thực tế. Giả sử chúng ta có S kênh truyền và phân cho một nhà cung cấp dịch vụ. Khi thiết kế hệ thống không thể phân tất cả S kênh truyền này cho một tế bào, vì khi lặp lại S kênh này ở tế bào bên cạnh các kênh cùng dải tần ở 2 tế bào cạnh nhau sẽ gây nhiễu lên nhau. Do vậy S kênh này phải phân cho một nhóm N tế bào (N còn gọi là kích thước nhóm) như vậy mỗi nhóm có S/N = C kênh, Khi thiết kế lặp lại cả nhóm tế bào này trên toàn bộ vùng dịch vụ. Điều này làm cho 2 tế bào cùng kênh ở xa nhau hơn; hai tế bào ở cạnh nhau sử dụng các kênh truyền khác nhau điều đó dẫn đến kích thước nhóm càng lớn, 2 tế bào sử dụng cùng kênh ở khoảng cách càng xa nhau. Nếu vùng dịch vụ chia làm P tế bào thì dung lượng hệ thống (số người tối đa có thể sử dụng cùng một lúc) được tính là T(kênh): T = P.C = P.S/N (2 – 2) B G C Cell B A F D B E Vùng chồng G C B lấn A G C Cell A F D A E F D E Hình 2 – 2: Lặp lại nhóm tế bào trong vùng dich vụ Từ công thức này ta thấy nếu N tăng thì T giảm, nếu N giảm thì T tăng. Vậy để đạt được dung lượng lớn nhất thì N phải tiến đến 1 (tức là phân tất cả kênh vào 1 tế bào) song như đã nói ở trên 2 tế bào bên cạnh nhau sẽ gây nhiễu lên nhau. Ngược lại để đảm bảo chống nhiễu tốt, N lớn sẽ làm cho dung lượng hệ thống giảm. Lựa chọn kích thước nhóm N thích hợp là nhiệm vụ của người thiết kế. Với việc lựa chọn thiết kế là các tế bào hình lục giác, khoảng cách tâm giữa hai tế bào có cùng kênh truyền nằm gần nhau nhất là D, khoảng cách này được tính như sau Bài giảng thông tin di động ThS. Phạm Văn Ngọc 12
  12. Bộ môn Công nghệ viễn thông Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT D2 = j2(R 3 )2 + i2(R 3 )2 +i.j(R 3 )2 (2 – 3) Ở đó j, i là các bước dịch sang ngang (vuông góc với cạnh lục giác) và dịch nghiêng 600 so với dịch ngang để tế bào này có thể trùng lên tế bào kia, R là bán kính tế bào hình 2 – 3. A iR 3 D N i 1 2 3 j jR 3 A 0 1 4 9 R 1 3 7 13 2 7 12 19 Hình 2 – 3: Liên hệ kích thước nhóm và tỷ số D/R Mặt khác so tính lặp lại của lục giác và kích thước nhóm cũng được tính: 2 xDien _ tich _ tam _ giac _ deu _ canh _ D D2 3 / 2 N= = 2 Dien _ tich _ te _ bao _ luc _ giac _ Ban _ kinh _ R R 6 3 / 4 D2 Hay N = 2 = i 2 + j 2 + i. j (2 – 4) 3R “Kích thước nhóm là số tế bào sử dụng hết S kênh truyền của hệ thống.” Kích thước nhóm là một số nguyên N phải thỏa mãn công thức trên. Thông thường nó được lựa chọn giá trị N = 4, 7, 12, … Phổ tần 33MHz được phân cho hệ di động song công phân chia theo tần số có độ rộng kênh đơn là 25kHz. Tính số kênh ở mỗi tế bào ở các trường hợp. a. N = 4, b. N = 7, c. N = 12 Nếu vùng dịch vụ có 50 tế bào. Tính dung lượng hệ thống trong mỗi trường hợp đó. Độ rộng kênh đúp là: 25kHz*2 = 50kHz Bài giảng thông tin di động ThS. Phạm Văn Ngọc 13
  13. Bộ môn Công nghệ viễn thông Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT Số kênh đúp được phép là: 33000kHz/50kHz = 660 kênh đúp a. N = 4 số kênh trong một tế bào là 660/4 = 165 kênh đúp, dung lượng kênh hệ thống là C = P*k = 50*165 = 8250 kênh đúp b. N = 7 số kênh trong một tế bào là: 660/7 = 94 kênh đúp, dung lượng kênh hệ thống là C = 50*94 = 4700 kênh đúp c. N = 12 số kênh trong một tế bào là: 660/12 = 55 kênh đúp, dung lượng kênh hệ thống là C = 50*55 = 2450 kênh đúp Tỉ lệ sóng mang trên nhiễu C/I được biểu diễn bởi quan hệ giữa độ lớn của sóng mong muốn và độ lớn của sóng không mong muốn: C P = 10 lg c [dB] I Pi Trong đó: Pe: Công suất tín hiệu của sóng phát mong muốn. Pi : Công suất tín hiệu của sóng phát gây nhiễu. Để đánh giá ảnh hưởng của nhiễu cùng tần số do việc sử dụng lại kênh truyền ta có công thức suy giảm sóng điện từ là: −n d  p( d ) = p( d0 )   d  (2 – 5)  0 Ở đó p( d ) là công suất sóng điện từ nhận được tại khoảng cách d0, p(d) là công 0 suất sóng điện từ nhận được tại khoảng cách d so với nguồn phát, n là số mũ suy giảm sóng điện từ (n chỉ phụ thuộc vào môi trường truyền sóng). Trong trường hợp nhiễu cùng kênh chỉ xét các tế bào cùng kênh ở gần nhau nhất gây nhiễu (các tế bào có cùng khoảng cách D đến tế bào mong muốn gây nhiễu lên nhau), bỏ qua các tế bào cùng kênh ở xa gây nhiễu. Coi hệ thống sử dụng tế bào lục giác có kích thước nhón N = 6 khi đó ta có 6 tế bào cùng kênh gây nhiễu. Bài giảng thông tin di động ThS. Phạm Văn Ngọc 14
  14. Bộ môn Công nghệ viễn thông Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT Tỷ số công suất tín hiệu trên công suất nhiễu cùng kênh gây bởi 6 tế bào xung quanh thu tại máy di động được tính là: C C = 6 (2 – 6) I ∑I i =1 i Hình 2 – 4a: Nhiễu đồng kênh gây ra tại bộ thu của máy di động Hình 2 – 4b: Nhiễu đồng kênh gây ra tại bộ thu của máy di động Ở đó S là công suất tín hiệu có ích thu tại máy di động cách xa tâm tế bào khoảng R (khi ở rìa tế bào). I là công suất không mong muốn cùng kênh của trạm phát ở các tế bào xung quanh gần nhất cách máy di động xấp xỉ khoảng D. Sử dụng công thức tính D ở công thức (2 – 3) D2 = j2(R 3 )2 + i2(R 3 )2 +j.i(R 3 )2 D2 Theo công thức (2 – 4) với N = và công thức (2 – 5) ta thay vào công 3R 2 thức (2 – 6) ta thu được tỷ số S/I là: Bài giảng thông tin di động ThS. Phạm Văn Ngọc 15
  15. Bộ môn Công nghệ viễn thông Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT −n C 1  R−n  1 R  1 ( ) n =  =   = 3N (2 – 7) I 6  D−n  6 D 6 Đánh giá tỷ số công suất tín hiệu trên công suất nhiễn cùng kênh của thệ thống như sau: C/I> 25 dB Rất tốt 20 dB ≤ C/I≤ 25 dB Tốt 12 dB ≤C/I≤ 20 dB Có hiệu quả C/I< 12 dB Không hiệu quả Q =D/R còn gọi là tỷ số lặp lại kênh, từ công thức (2 – 2), ( 2 – 7) ở trên ta có Quy tắc thiết kế trên địa hình lý tưởng: Từ C/I, n → N, D/R Các thông số C/I và n bị quy định trước bởi môi trường và tính năng bộ thu bởi nhà chế tạo thiết bị, N và D/R được tính toán thiết kế bởi nhà cung cấp tế bào. Để xác định tiếp R phải thống kê mật độ địa lý người sử dụng (mật dộ lưu lượng) và số kênh tương ứng trong mỗi thế bào. Máy thu di động hoạt có hiệu quả đòi hỏi C/I > 15dB. Hãy tính hệ số lặp lại kênh, kích thước nhóm tế bào để hệ thống có dung lượng lớn nhất ứng với các trường hợp hệ số suy giảm sóng điện từ là (chú ý coi rằng chỉ có 6 tế bào xung quanh gây nhiễu với cự ly và công suất như nhau): a. n = 4, b. n = 3 Với n = 4 ta chọn N = 7, ta có tỷ số lặp lại kênh là D/R = 3N = 3 * 7 = 4,583 C/I = 1/6(D/R)n = (1/6).(4,583)4 = 75,3 = 18,66 dB Đây là mô hình chấp nhận được Với n = 3 ta chọn N = 7 ta có tỷ số lặp lại kênh là: D/R = 3N = 3 * 7 = 4,583 C/I = (1/6).(4,583)3 = 16,4 = 12,05 dB không thỏa mãn yêu cầu máy thu Do đó ta cần tăng N, N = 12 (j = 2; i = 2) ta có D/R = 3N = 3 *12 = 6 Khi đó C/I = (1/6).(6)3 = 36 = 15,56 dB mô hình chấp nhận được. Nhiễu kênh lân cận xảy ra khi bên thu chịu ảnh hưởng nhiễu của các kênh liền kề với nó ngoài tín hiệu thu mong muốn. Tỉ lệ giữa sóng mang trên nhiễu của kênh liền kề được biểu diễn bằng công suất của kênh mong muốn trên công suất của kênh liền kề: Bài giảng thông tin di động ThS. Phạm Văn Ngọc 16
  16. Bộ môn Công nghệ viễn thông Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT C P = 10 lg c [dB] A Pa Trong đó: Pe: Công suất nhận được bởi kênh mong muốn. Pa: Công suất nhận được bởi kênh liền kề. Như vậy, ảnh hưởng của nhiễu phụ thuộc phần lớn vào độ chọn lọc máy thu và độ rộng phổ bên ngoài băng của các sóng nhiễu. Do đó khi thiết kế hệ thống thông tin di động tế bào là phải tính đến nhiễu kênh lân cận trong cùng một tế bào, dẫn đến việc phải hoạch định tần số trong tế bào và nhóm tế bào khi thiết kế: − Nguyên nhân nhiễu kênh lân cận gây bởi bộ lọc máy thu không lý tưởng và hiệu ứng xa gần biểu hiện rõ ở bộ thu của trạm cơ sở. Vì bộ lọc không lý tưởng nên tín hiệu không mong muốn ở kênh lân cận mặc dù bị triệt mạnh song nếu nó là tín hiệu rất mạnh (do một máy di động ở gần trạm cơ sở) vẫn chui vào bộ thu gây nhiễu tín hiệu không mong muốn của một máy di động khác khi máy này ở xa bộ thu trạm cơ sở. Được minh họa trên hình 2 – 5: MS1 MS2 Tế bào Hình 2 – 5: Nhiễu kênh lân cận lên bộ thu trạm cơ sở − Do đó nhiễu kênh cân cận chỉ xét tại máy thu trạm cơ sở − Xét trường hợp nhiễu kênh lân cận do máy thu MS1 gây nhiễu cho MS2 tại trạm cơ sở. Giả sử máy di động MS1 ở gần trạm cơ sở hơn máy di động MS2 20 lần (SMS2/IMS1) = (20)-n = -52dB (với n = 4). Nếu bộ lọc trung tâm của máy thu trạm cơ sở có sườn dốc của bộ 15dB/octabi. (SMS2/IMS1) = -52dB + 15*m Trong đó m là khoảng cách 2 kênh tần số tần số gần nhất Trường hợp hệ thống đòi hỏi SMS2/IMS1 ≥ 15dB khi đó ta có m ≥ 5.13, m là số nguyên nên chọn m = 6 Do đó muốn chống nhiễu kênh lân cận khi đó dải tần phát của 2 máy di động phải cách xa nhau 6 lần độ rộng kênh truyền. Khi lập kế hoạch phân chia kênh truyền cho các tế bào phải chú ý đến điều này. Tuy nhiên, các kỹ thuật hiện đại ngày nay đã cho phép chế tạo các máy thu có độ chọn lọc tương đối cao và giảm nhỏ ảnh hưởng của nhiễu kênh lân cận. Bài giảng thông tin di động ThS. Phạm Văn Ngọc 17
  17. Bộ môn Công nghệ viễn thông Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT Hệ AMPS ở Mỹ năm 1983 được cấp 666 kênh đúp, đến năm 1989 được cấp thêm 166 kênh đúp tổng cộng có 666 + 166 = 832 kênh đúp. Bảng 2 – 4: Phân kênh trong hệ AMPS cho 2 nhà cung cấp dịch vụ A và B Nhà cung cấp A 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 1B 2B 3B 4B 5B 6B 7B 1C 2C 3C 4C 5C 6C 7C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 111 112 113 114 115 116 ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 990 991 ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. …. 1003 1004 1005 1006 1007 1008 1009 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016 1017 1018 1019 1020 1021 1022 1023 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. 775 776 777 778 779 780 781 782 783 784 785 786 787 788 789 790 791 792 793 794 795 796 797 798 799 Nhà cung cấp B Tổng số kênh của hệ thống được chia cho 2 công ty cung cấp dịch vụ mỗi công ty có 416 kênh, trừ các kênh đóng vai trò điều khiển còn lại 399 kênh được chia thành 21 tập con bằng cách đánh số liên tiếp, mỗi tập con 19 kênh. Các kênh trong một tập cách nhau 21 kênh. Trong mô hình lặp lại 7 tế bào (N = 7). Mỗi tế bào được phân chia theo công thức iA + iB + iC đảm bảo trong một tế bào cách nhau ít nhất 6 kênh. Tái sử dụng tần số là một trong những thế mạnh của các hệ thống thông tin vô tuyến kiểu tế bào. Khi tổ chức thông tin theo từng ô nhỏ và mỗi vùng một trạm phát, ở các khoảng cách xa, các tín hiệu bị suy giảm đến mức nào đó mà coi như không còn tác dụng nữa, khi đó các tần số đã dùng có thể được sử dụng lại như một mạng khác và vì thế, số thuê bao được phục vụ chắc chắn sẽ tăng lên. Thực tế trong quy hoạch tế bào, người ta làm gần đúng các tế bào bằng một hình lục giác và vùng phục vụ được chia thành một mạng tế bào. Trên một vị trí trạm, người ta có thể đặt các anten thu phát định hướng cho ba hướng cách nhau 1200. Đối với một mạng di động cụ thể, tuỳ theo dải tần số, địa hình,... mà người ta chọn theo một trong các mẫu tái sử dụng tần số GSM sử dụng ba kiểu mẫu sử dụng lại tần số: 3/9, 4/12 và 7/21. Theo công thức tính khoảng cách lặp giữa hai tế bào đồng kênh ta có: D = R* 3N Trong đó: Bài giảng thông tin di động ThS. Phạm Văn Ngọc 18
  18. Bộ môn Công nghệ viễn thông Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT D: khoảng cách giữa hai tế bào đồng kênh (km); R: bán kính của cell (km); N: số ô của cụm; ở cả ba mẫu sử dụng lại tần số, đặc điểm hình học của đài có những nét chính như sau: - Mỗi trạm BTS đều có ba rẻ quạt. Các anten của các rẻ quạt có góc phương vị phân cách nhau 1200, và các rẻ quạt được tổ chức với các anten hướng về phía một trong các vị trí trạm BTS gần nhất, nhờ vậy tạo nên các tế bào hình cờ ba lá. - Mỗi rẻ quạt sử dụng các anten phát 600 và hai anten thu phân tập 600 cho một góc phương vị. - Mỗi rẻ quạt được xấp xỉ hoá bằng hình lục giác. Lưu lượng phân bố được coi là đồng nhất ở tất cả các ô. Bình thường, kích thước rẻ quạt được xác định như là khoảng cách giữa hai trạm BTS lân cận. Bán kính rẻ quạt R (bằng cạnh của lục giác) luôn luôn là một phần ba khoảng cách giữa hai trạm. Tuỳ theo một số mẫu dưới đây, nhóm các rẻ quạt cạnh nhau được gọi là cụm. C1 A3 A2 C1 A3 A2 C1 A3 A2 C3 C2 B1 C3 C2 B1 C3 C2 B1 C3 A1 B3 B2 A1 B3 B2 A1 B3 B2 A3 A2 C1 A3 A2 C1 A3 A2 C1 A3 B1 C3 C2 B1 C3 C2 B1 C3 C2 B3 B2 A1 B3 B2 A1 B3 B2 A1 B3 C1 A3 A2 C1 A3 A2 C1 A3 A2 C3 C2 B1 C3 C2 B1 C3 C2 B1 C3 Hình 2 – 6: Mô hình sử dụng lại tần số 3/9. * Mẫu 3/9, nhóm 9 tần số trong một mẫu sử dụng lại tần số 3 tế bào Với một dải tần cho trước, số sóng mang có thể sử dụng trong cùng một cell là tương đối lớn, nên khoảng cách giữa các sóng mang của cùng một trạm thì khá nhỏ, thêm vào đó, khoảng cách giữa các trạm đồng kênh là nhỏ do đó mẫu 3/9 có xác suất xuất hiện nhiễu đồng kênh C/I và nhiễu kênh lân cận C/A tương đối lớn. Mẫu này thường áp dụng cho những vùng có mật độ thuê bao lớn, kích thước cell nhỏ nhưng Bài giảng thông tin di động ThS. Phạm Văn Ngọc 19
  19. Bộ môn Công nghệ viễn thông Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT vùng phủ sóng phải rõ ràng để tránh các nhiễu đồng kênh. Mô hình này phù hợp phục vụ INDOOR cho các nhà cao tầng. Khoảng cách giữa hai ô đồng kênh trong trường hợp này là: D = 5,2 R. * Mẫu 4/12, nhóm 12 tần số trong một mẫu sử dụng lại tần số 4 tế bào C1 A3 A2 C1 A3 A2 C1 A3 A2 C3 C2 B1 C3 C2 B1 C3 C2 B1 C3 A1 B3 B2 A1 B3 B2 A1 B3 B2 A3 A2 C1 A3 A2 C1 A3 A2 C1 A3 B1 C3 C2 B1 C3 C2 B1 C3 C2 B3 B2 A1 B3 B2 D1 B3 B2 A1 B3 D2 C1 A3 A2 D3 D2 C1 A3 A2 C3 C2 B1 C3 C2 B1 C3 C2 B1 C3 Hình 2 – 7: Mô hình mẫu sử dụng tần số 4/12. * Mẫu 7/21 nhóm 21tần số trong một mẫu sử dụng lại tần số 7 tế bào A3 A2 D1 F3 F2 E1 D3 D2 E1 D3 D2 B1 E3 E2 G1 E3 E2 G1 B3 B2 C1 G3 G2 C1 G3 G2 A1 C3 C2 F1 C3 C2 F1 A3 A2 D1 F3 F2 C1 F3 F2 E1 D3 D2 B1 D3 D2 B1 E3 E2 G1 B3 B2 G1 B3 B2 C1 G3 G2 C3 Hình 2 – 8: Mô hình sử dụng lại tần số 7/21. Bài giảng thông tin di động ThS. Phạm Văn Ngọc 20
  20. Bộ môn Công nghệ viễn thông Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT Với mô hình này, số kênh trong một cell nhỏ hơn do đó, mô hình này cho phép mở rộng kích thước cell phù hợp với mật độ trung bình và ít nhà cao tầng, và có thể phục vụ cho cả INDOOR và OUTDOOR. Ưu điểm chính của mô hình này là các vấn đề về nhiễu đồng kênh và nhiễu kề kênh là không đáng ngại. Bên cạnh hai mô hình 3/9 và 4/12 đã trình bầy ở trên, còn có mô hình tái sử dụng tần số 7/21, tức là sử dụng nhóm 21 tần số trong một mẫu sử dụng lại tần số 7 đài. Mô hình này được thể hiện trong hình dưới đây: Với mô hình này, số lượng kênh trong một cell là nhỏ do đó có thể phục vụ cho các vùng mật độ thấp. Khoảng cách giữa các trạm có sóng mang đồng kênh tương đối lớn (D=7,9R), các cell đồng kênh cách xa nhau, do đó hầu như không có hiện tượng nhiễu đồng kênh. Trong cùng một cell, các sóng mang cách nhau khá xa nên nhiễu kênh lân cận thấp, vì vậy chất lượng cho các vùng khó phủ sóng được đảm bảo. Do vậy, mô hình này được sử dụng khi chia nhỏ các cell thích ứng với mật độ máy di động ngày càng tăng và những vùng khó phủ sóng có kích thước cell tương đối nhỏ. Trong thực tế: Băng ⇒ (Uplink): 890-915 MHz (Downlink) : 935-960 MHz - 25 MHz dải tần đường lên và 25 MHz đường xuống được chia thành 124 kênh tần số song công, mỗi kênh cách nhau 200 kHz. - Có 3 nhà khai thác dịch vụ di động trên băng GSM900 là: Vinaphone dùng các kênh tần số từ 1 đến 40 Viettel sử dụng các kênh tần số từ 42 đến 82 Mobilephone sử dụng các kênh tần số từ 84 đến kênh 124 Các kênh 41 và 83 dành để bảo vệ. Do vậy việc tái sử dụng tần số được xem xét kỹ lưỡng, dựa vào nhiều yếu tố khác nhau để có sự khai thác triệt để các băng tần được quyền sử dụng. Việc chia vùng dịch vụ thành các tế bào, tất yếu phải giải quyết vấn đề chuyển giao khi người dùng di chuyển trong khi liên lạc. Các hệ thống thông tin di động hiện đại luôn phải làm tốt hai việc là phân kênh và chuyển giao. − Phân kênh tĩnh kết hợp phân kênh động: điều này gắn với mật độ người sử dụng thay đổi theo thời gian hoặc khi có sự tụ họp bất thường của những người dùng máy di động, nên bên cạnh một số kênh được phân cố định còn có một số kênh dự trữ được phân linh hoạt theo tình huống cụ thể của mạng. − Chuyển giao tránh hiện tượng “ping pong” và có nguyên tắc ưu tiên. Bài giảng thông tin di động ThS. Phạm Văn Ngọc 21
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2431 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2